«Тройной залп» подтверждает космический «естественный ускоритель», выбрасывающий протоны с энергией в сто раз выше, чем у Большого адронного коллайдера

Астрономы, используя три наблюдательных прибора в разных диапазонах волн, подтвердили в направлении созвездия Орла в Млечном Пути, что загадочный объект является космическим “естественным ускорителем”. Этот объект непрерывно выбрасывает высокоскоростные частицы, энергия которых значительно превышает энергию любого созданного человеком ускорителя на Земле и в 100 раз превышает энергию Большого адронного коллайдера (БАК). Это открытие дает ключевую зацепку для выяснения происхождения самых высокоэнергетических космических лучей в Млечном Пути. Результаты исследования опубликованы в последнем номере «Астрофизического журнала».

Сравнение размеров источника гамма-излучения (большой круг) и Луны (малый круг). Источник изображения: «Астрофизический журнал»

Космические лучи с энергией PeV (петаэлектронвольт) представляют собой высокоэнергетическое диффузное гамма-излучение, а объекты, способные ускорять космические лучи до энергий PeV, называются “ускорителями PeV”. Ускорители PeV чрезвычайно трудно обнаружить во Вселенной. С одной стороны, траектории высокоэнергетических протонов искривляются при распространении в межзвездном магнитном поле, что не позволяет проследить их до источника; с другой стороны, быстро движущиеся электроны также могут производить гамма-излучение с более низкой энергией, и необходимо различать эти две возможности. Китайская обсерватория LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) ранее обнаружила и сообщила о 43 суб-PeV источниках гамма-излучения, которые в настоящее время являются наиболее перспективными кандидатами в ускорители PeV.

Исследуемый объект получил название LHAASO J1912+1014u и первоначально был классифицирован как остаток сверхновой, однако впоследствии несколько обсерваторий зарегистрировали потоки гамма-излучения, испускаемые этим объектом, что побудило астрономов пересмотреть его природу. Гамма-излучение обычно является продуктом столкновения ускоренных частиц с окружающим газом, и астрономы предположили, что это должен быть ускоритель PeV, способный разгонять протоны до энергий порядка петаэлектронвольт.

В связи с этим исследовательская группа, включающая астрофизиков из Университета Хиросимы (Япония), решила провести анализ, используя подход “тройного залпа” — они объединили данные трех наблюдательных приборов, чувствительных к различным диапазонам электромагнитного спектра: широкоугольный телескоп Fermi (NASA, США), радиотелескоп FUGIN (Япония) и рентгеновскую обсерваторию Chandra (NASA). Построив детальную многоволновую модель, команда исключила возможность того, что электроны являются источником гамма-излучения, и подтвердила, что LHAASO J1912+1014u является ускорителем протонов космических лучей класса PeV.

Космические лучи — это высокоскоростные высокоэнергетические частицы, существующие в основном в форме протонов, энергия которых измеряется в электронвольтах. Максимальная энергия космических лучей в Млечном Пути может превышать 1 PeV, и такая поразительная энергия придает им важное значение в астрономии и астрофизике.

Хотя теперь подтверждено, что этот объект способен ускорять протоны до рекордных энергий, вопрос о том, что именно представляет собой этот “естественный ускоритель”, остается нерешенной загадкой. Тем не менее, более значимая ценность этого исследования заключается в методологическом прорыве — благодаря интеграции данных астрономы теперь располагают эффективным методом поиска и идентификации ускорителей PeV. Помимо LHAASO J1912+1014u, в Млечном Пути рассеяны десятки возможных кандидатов в протонные ускорители PeV, которые предстоит подтвердить последующими наблюдениями.

Этот прогресс может помочь ученым глубже понять истинное происхождение высокоэнергетических частиц, которые движутся через межзвездное пространство со скоростью, близкой к скорости света, и оказывают глубокое влияние на многие астрофизические процессы в Млечном Пути.